专利名称：压缩机控制单元及压缩机控制方法
技术领域：
本发明涉及一种通过使用交流电源的变频器来对将致冷剂进行压缩的压缩机进行驱动控制的压缩机控制单元、以及使用这种压缩机控制单元的压缩机控制方法。
背景技术：
目前，对家用空气调节装置等的小型化和节能性能的要求越来越高。从这样的观点出发，室内机中需要增大热交换器的热传导面积，室外机中不但要增大热交换器的热传导面积，同时还要求其实现小型化。另一方面，对于安装在室外机中的压缩机，也要求其实现小型化、高性能化。另外，对于压缩机而言，还要求其压缩机机体和控制单元实现一体化，压缩机构成部件要小型化，制造时的组装过程要容易等。
此外，在家用空调器的压缩机中，由变频器进行控制的压缩机逐渐成为主流，压缩机和控制压缩机的控制单元被安装在空调器的室外机中，进行冷冻循环操作。
图6为表示现有的分体型空调器中的室外机的概略构成的斜视图。如图6中所示，室外机机体100中设有将压缩机构部分(图中未示出)及驱动这一压缩机构部分的电机部分(图中未示出)安装在密封容器内而构成的压缩机110；用于与外气进行热交换的室外热交换器120；用于使外气发生流动以进行热交换的鼓风机130。另外，这些构成部件被安装在外壳(图中未示出)内。另外，用于驱动室外机机体100中的各个构成部件的驱动电路140与压缩机110相分离，被设置室外机机体100的上部空间中。
驱动电路140中设有用于驱动控制压缩机110的压缩机控制部分；用于驱动控制鼓风机130的鼓风机控制部分；用于驱动控制冷冻循环的冷冻循环控制部分；以及与室内机的连接线部分等。其中，压缩机控制部分占据其中的大部分体积。
另一方面，图7中示出了用于驱动用作空调器的压缩机110的、由变频器加以控制的压缩机的驱动电路。如图7中所示，这一驱动电路中包括构成将交流市电电源200变换成直流的转换器的整流电路210、构成将直流变换成三相交流后再驱动压缩机110中的电机220的变频器的开关电路230、用于驱动开关电路230的栅极驱动电路240、以及形成通电信号的运算器250。其中，整流电路210由电抗器260、电容器270以及二极管280等组合而成。开关电路部分230由能够进行高速开关的IGBT(绝缘栅双极晶体管)或大功率晶体管等构成的开关元件290组成。
如图6中所示，驱动电路单元140与各个驱动部件分离设置，在组装时与这些驱动部件通过连接线进行连接。
另一方面，近年来在车载空调机中也开始安装由变频器控制的压缩机，出于使空调机实现小型、轻量化等目的而将压缩机和压缩机控制电路单元做成一体的例子也已经有公开(见日本专利公报特开2002-174178号公报、特开2003-13859号等)。
但是，在采用由使用市电交流电源的变频器加以驱动的压缩机的空调器中，由于压缩机机体和控制单元是分离设置的，且控制单元在室外机中占据很大的体积，因此，室外热交换器的有效热传导面积将被减少，从而使其性能受到影响。
另一方面，在使压缩机控制单元实现小型化、与压缩机机体制成一体化从而减少在室外机中所占的体积的场合下，会产生下面的问题即，在欲使压缩机控制单元小型化、与压缩机机体制成一体化时，转换器电路、变频器电路或其控制电路需要安装在很小的体积中。由于转换器电路及变频器电路均为放热元件，因此可能因放热使控制电路部分中的微电脑等构成部件造成损坏。此外，由于压缩机机体因对致冷剂进行压缩而温度变得很高，因此还存在着压缩机控制单元也容易受到高温影响的问题。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中存在的上述问题，其目的在于提供一种压缩机控制单元和压缩机控制方法，从而即使将使用交流市电电源并由变频器进行驱动的压缩机控制单元实现小型化时，也可以提高压缩机控制单元内部部件的可靠性，而且在安装到空调器的室外机中时，可以增加室外热交换器的有效热传导面积，增大空气调节能力。
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的压缩机控制单元中设有包括设置在密封壳体中的转换器电路部分、变频器电路部分和控制电路部分的驱动电路部分，另外在至少一个上述的电路部分中设有温度检测装置。
通过采用这样的构成，就可以对压缩机控制单元内的放热部件或者受热部件的温度进行检测，再根据这样的检测值使空调器实现最佳操作，同时还可以提高电路元件的可靠性。
另外，本发明中设有包括设置在密封壳体内的转换器电路部分、变频器电路部分、和控制电路部分的驱动电路部分，压缩机的致冷剂排气管以贯通所述机体的方式安装在所述压缩机中，同时，所述机体内而且是所述致冷剂排气管的附近设有温度检测装置。通过采用这样的构成，即使在使压缩机单元和压缩机制成一体化、使压缩机控制单元实现小型化的场合下，也可以检测出空调器中温度最高的致冷剂排气管附近的温度，对压缩机控制单元内的电路元件进行保护，使空调机进行最佳的工作。另外，用于保护压缩机控制单元内的电路元件的温度检测装置和排气温度检测装置还可以实现共用。
另外，在本发明的压缩机控制方法中，采用了由包括设置在密封壳体内的转换器电路部分、变频器电路部分、和控制电路部分构成的驱动电路部分和用于检测多个所述电路部分中的温度的多个温度检测装置的压缩机控制单元，根据从所述的多个温度检测装置中的至少一个温度检测装置的检测值来对压缩机的操作进行控制。
通过采用这样的控制方法，可以对压缩机控制单元内的放热部件或者受热部件的温度进行检测，再根据这些检测值使空调器进行最佳的工作，同时还可以提高电路元件的可靠性。
此外，还可以利用温度检测装置检测到的温度的时间变化值来对压缩机的工作操作进行控制，可以进一步提高电路元件的可靠性。
本发明产生的技术效果如下。采用本发明的压缩机控制单元及压缩机控制方法的话，可以将压缩机控制单元设置在压缩机机体的上部，与之实现一体化，使压缩机单元实现小型化，从而可以使空调器实现最佳操作，同时还可以提高电路元件的可靠性。
图1为装有本发明实施例中的压缩机控制单元的空气调节装置室外机的示意图，图2为使用上述压缩机控制单元的压缩机单元的模块化正视图，图3为表示该压缩机控制单元的内部构成的俯视图，图4为图3中的A-A截面图，图5为表示本发明实施例中的压缩机控制方法的流程图，图6为表示现有空调器中的室外机的概略构成的斜视图，图7为用于驱动由变频器控制的压缩机的驱动电路图。
上述附图中，10为室外机(机体)，11为外壳，12为室外热交换器，13为鼓风风扇，14为鼓风机电机，15为锥形孔，16为压缩机单元，17为压缩机机体，18为压缩机控制单元，19为未利用的热传导领域，21为致冷剂吸气管，22为压缩机构部分，23为电机部分，24为致冷剂排气管，32为侧板部分，33为底板部分，34为顶板部分，35为壳体，36为整流电路部分，37为开关电路部分，38为控制电路部分，39为排气管贯通部，40为二极管，41为电容器，42为电抗器，43为IGBT元件，45为控制信号发生器，46为微电脑，47为电源端子，48为输出端子部分，49为基板，50为连接端子，51为热传导体，52为粘接性树脂层，53为树脂，60、61、62、63为温度传感器。
具体实施例方式
下面使用附图对本发明的实施例进行详细说明。
图1为安装有本发明第1实施例中的密封型电动压缩机的空气调节装置的室外机的示意图，其中，图1(a)为室外机的俯视图，图1(b)为其正视图。室外机机体10中包括外壳11、室外热交换器12、鼓风风扇13、鼓风机电机14、鼓风引导和锥形孔15和压缩机16。压缩机16中包括压缩机机体17和安装在其上部、与之构成一体的控制单元18。
本实施例中的室外机机体10和图6中所示的现有室外机之间的不同之处在于压缩机的整体构成和驱动电路单元的结构不同。具体说来，占有驱动电路单元中的大部分体积的压缩机控制单元18被制成了小型化，安装在压缩机机体17的上部并与之构成一体。因此，在常规情况下因驱动电路单元而变得无用的室外热交换器12中的未被利用的热传导区域19可以作为有效热传导面积来使用，从而可以增大空气调节能力。
另外，在本发明的第1实施例中，由于压缩机16中的压缩机机体17和控制单元18实现了一体化，因此不但可以提高室外机10的组装过程中的组装效率，而且在维修保养过程中压缩机16和控制单元18也可以作为一个部件来处理，提高维修保养时的操作方便性。
图2为表示本发明第1实施例中的压缩机16的模块化正视图。如图2中所示，在由密封的压缩机外壳构成的压缩机机体17的内部，安装有用于对由致冷剂吸气管21吸入的致冷剂进行压缩的压缩机构部分22、和用于驱动压缩机构部分22的电机部分23。电机部分23产生的旋转力通过旋转轴(图中未示出)传递到压缩机构部分22中，使压缩机构部分22中的压缩部件(图中未示出)发生旋转运动或者往复运动，对致冷剂进行压缩；被压缩后的致冷剂经设置在上部的致冷剂排气管24提供到冷冻循环环路中。另外，压缩机机体17通过底板25安装固定在室外机10中。
图3为表示本发明实施例中的压缩机控制单元18的内部构成的俯视图，图4为其A-A截面图。
如图3及图4中所示，控制单元18由侧板部分32、底板部分33和顶板部分34形成，呈圆筒状，构成密封容器构造的壳体35。壳体35的内部安装有用于对压缩机机体17的电机部分23及压缩机构部分22进行驱动控制的驱动电路元件。驱动电路元件如图3中的双点划线所示可大致分为用于将交流市电电源变换成直流的转换部分亦即整流电路部分36、用于将直流变换成交流的变频器部分亦即开关电路部分37、及控制电路部分38等各个区域。在控制单元18的中心位置上，设有供压缩机机体17上的致冷剂排气管24穿过的排气管贯通部39。
整流电路部分36中设有二极管40、电容器41、电抗器42等部件。开关电路部分37中设有进行高速开关的IGBT元件43、和用于驱动这些元件的驱动电路44等部件。另外，控制电路部分38中还设置有控制信号发生器45及微电脑46等控制电路部件。
在壳体35的侧板部分32上与整流电路部分36相对应的部分上，设有用于引入市电交流电源的端子部分47。另外，在壳体35的侧板部分32上与开关电路部分37相对应的部分上，设有连接到压缩机的电动机上的输出端子部分48。
图4为图3的A-A截面图。如图4中所示，圆筒形的侧板部分32、设置在上表面上的顶板部分34以及底板部分33构成了一个密封容器，其中心位置上设有从底板部分33贯通到顶板部分34的排气管贯通部39。这些侧板部分32、顶板部分34以及底板部分33由热传导率高的材料如金属等构成，同时具有防水防漏的密封构造。如图4中所示，安装在壳体35内部的各种驱动电路元件被安装在与壳体35的底部平面设置的电路板即基板49上。另外，虽然在图4中各个驱动电路元件的连接端子50是呈插在基板49上与之相连接的构成的，但是也可以直接安装在基板49的上表面上，这样可以减少电路元件的安装面积和设置体积。
如图3中所示，整流电路部分36中的二极管40及开关电路部分37中的IGBT元件43等放热部件被设置成面对着侧板部分32，并且在侧板部分32和上述这些放热部件之间安装有由高热传导率材料制成的热传导体51。热传导体51为用于使二极管40及IGBT元件43产生的热量向壳体35的外部放出的部件，且通过设置粘接性树脂层52与上述放热部件紧密贴合。另外，热传导体51的材料也可以使用具有高热传导率的铜及铝等金属材料、或者使用具有高热传导率的树脂材料等。在热传导体51由具有弹性的树脂材料构成的场合下，由于可以保证放热部件和热传导体51之间的紧密贴合性，因此就没有必要非得设置粘接性树脂层52。
如图3中所示，在设在壳体35内部的各个电路元件之间灌注有树脂53，这样不但可以确保各个电路元件之间的绝缘性能，同时也可以保证耐振动性、防湿性等性能。这里，由于电路中既有放热量大的整流电路部分36及开关电路部分37等，也有放热量小的控制电路部分38，因此，通过在各个区域的电路元件之间灌注入不同性能的树脂53，可以达到提高各个不同的电路元件的可靠性的目的。比方说，可以在整体中灌注入热传导率大的树脂材料，而在整流电路部分36、开关电路部分37和控制电路部分38之间的边界部分上则可以灌注入具有绝热性能低的热传导率树脂材料。另外，也可以通过设置空气绝热层来代替具有绝热性的树脂材料。因此，通过根据各个区域、各种电路元件来选择树脂材料，并且控制放热量和将电路元件加以固定，以使压缩机控制单元实现小型化。
另外，如图3中所示，在转换器电路即整流电路部分36、变频器电路即开关电路部分37和控制电路部分38中，分别设有多个构成温度检测装置的温度传感器60、61、62。设置在整流电路部分36中的温度传感器60对构成整流电路部分36中最大的放热部件的二极管40的温度进行测定。测定二极管40的温度时，既可以直接测定二极管40本身的温度，也可以对二极管40附近的温度进行测定。设置在开关电路部分37中的温度传感器61则对在开关电路部分37中构成最大的放热部件的IGBT元件43的温度进行测定。对IGBT元件43的温度进行测定时，也是既可以直接测定IGBT元件43本身的温度，也可以对IGBT元件43附近的温度进行测定。此外，设置在控制电路部分38中的温度传感器62对构成测定控制电路部分38、容易受到热损坏的微电脑46的温度进行测量。测量微电脑46的温度时，也是既可以直接测定微电脑46本身的温度，也可以测定微电脑46附近的温度。另外，这里所述的各个应测定电路元件附近的温度既可以是空间中的空气温度，也可以是充填的树脂材料的温度。
此外，本发明的实施例中还设有温度传感器63，作为用于测量压缩机控制单元18的壳体35内部的、供致冷剂排气管24贯通的排气管贯通部39附近温度的温度测定装置。
这些温度传感器60、61、62、63所测出的温度信息被传送到压缩机控制单元18的控制电路部分38中，再反馈到整流电路部分36及开关电路部分37中，从而对压缩机机体17的驱动进行控制。另外，这些温度信息也可以用于控制压缩机以外的鼓风机电机14及冷冻环路切换阀(图中未示出)等的操作中。
如上所述，在图3、图4中所示的本发明的实施例中的压缩机控制单元18中，形成了放热部件产生的热量容易向外放出的结构。但是，电路元件的温度会因工作状况的变动及周围环境的变化而变化，有可能会超过各个电路元件的操作环境极限温度。为此，在本发明的实施例中，在对这些电路元件中的放热部件即二极管40及IGBT元件43的温度、以及产生外部最高温度的致冷剂排气管24附近的壳体35的温度进行测定的同时，还特地对容易受到热影响的微电脑46的温度也进行测量。这些温度信息由控制电路部分38进行处理，然后据此对压缩机机体17等的工作状况进行控制，将电路元件控制成不超过极限温度。具体说来，在本发明那样的通过变频器对压缩机进行控制的场合下，通过控制其工作频率，就可以将这些电路元件的温度控制在规定的范围内。因此，微电脑46等部件的可靠性可以得到提高，从而实现稳定的操作。
另外，进行温度测定的温度传感器的设置位置可以不限于上面提到的电路元件或设置位置，可以在此基础上再增加一些检测点。另外，这些温度传感器中的对压缩机的工作进行控制的温度也可以设定得各不相同。另外，也可以使用各个温度进行运算处理，再根据其运算结果进行控制。
图5中示出了表示本发明的实施例中的压缩机控制方法的流程图。在图5中所示的流程图中，在压缩机控制单元18机体中的各个温度中，由设置在二极管40中的温度传感器60检测到的温度设为Ta，由设置在IGBT元件43中的温度传感器61检测到的温度设为Tb，由设置在微电脑46中的温度传感器62检测到的温度设为Tc，由设置在排气管贯通部39附近的温度传感器63检测到的温度设为Td。另外，各个电路元件分别设有温度上限值，二极管40中设为Ta1，IGBT元件43中设为Tb1，微电脑46中设为Tc1，排气管贯通部39附近设为Td1。在本实施例中，先求出这样的温度上限值和各个温度传感器测定出的实际温度之间的差，当各个温度差处于规定值以下时，则对变频器的工作频率进行控制。
具体控制过程如图5中所示。当压缩机开始工作后，首先在步骤1中通过各个温度传感器60、61、62、63对温度Ta、Tb、Tc、Td进行计测。接下来，在步骤2中计算出与预先确定的各个温度上限值Ta1、Tb1、Tc1、Td1和测定出的温度Ta、Tb、Tc、Td之间的差Ta1-Ta、Tb1-Tb、Tc1-Tc、Td1-Td。在步骤3，判断各个差值Ta2、Tb2、Tc2、Td2大于还是小于规定值。如果这样的比较判定结果差值在规定值或规定值以下的话，则进行降低变频器工作频率的控制，执行限制工作频率的其他控制程序。另一方面，如果其差值在规定值以上，则继续在原有的工作频率上工作，并且返回到步骤1，重新开始温度控制操作。
另外，各个温度上限值当然可以设定得各不相同，经比较判定得到的差也可以因不同的电路元件而不同。另外，还可以给这些判定过程设置上优先顺序，通过对这些值进行运算处理后再进行判定。另外，在通过限制工作频率的其他程序进行操作时，也重复执行与上相同的步骤；反过来，进行使工作频率增大的控制当然也是可以的。另外，在特别是对排气管贯通部39附近的温度进行控制的场合下，也可以不光对压缩机的操作进行控制，而且还对空调器的鼓风风扇等的操作进行控制，将其温度控制成规定值。
在以上的任一种情况下，采用本发明的实施例中所述的压缩机控制方法的话，都可以使空调器进行最佳的操作，同时可以提高安装在压缩机控制单元18的内部的电路元件的可靠性，使整个压缩机单元16实现小型、紧凑化。
另外，虽然在上述的控制方法中温度传感器60、61、62、63的温度是使用一段时间内的温度来进行比较判定的，但是也可以采用其他方法，如使用温度传感器测定到某一温度时的时间变化值。亦即，在各个电路元件相对于工作时间而言的温度上升斜率不同等场合下，可以从这样的温度斜率预测出到达温度上限值所需的工作时间，从而可以更加安全地实行控制操作。
综上所述，采用本发明的话，即使由使用市电交流电源的变频器进行驱动的压缩机控制单元被制成了小型化，也能提高压缩机控制单元内部的部件的可靠性，提供一种能够使空调器进行最佳操作的压缩机控制单元和压缩机控制方法。因此，本发明不但可以适用在空调器中，也可以适用在电冰箱及自动售货机等中。
权利要求
1.一种压缩机控制单元，其特征在于设有包括设置在密封壳体中的转换器电路部分、变频器电路部分和控制电路部分的驱动电路部分，在至少一个所述的电路部分中设有温度检测装置。
2.一种压缩机控制单元，其特征在于设有包括设置在密封壳体内的转换器电路部分、变频器电路部分、和控制电路部分的驱动电路部分，压缩机的致冷剂排气管以贯通所述壳体的方式安装在所述压缩机中，同时，所述壳体内而且是所述致冷剂排气管的附近设有温度检测装置。
3.一种压缩机控制方法，其特征在于采用了一个压缩机控制单元，所述压缩机控制单元包括包含设置在密封壳体内的转换器电路部分、变频器电路部分、和控制电路部分的驱动电路部分；和用于检测多个所述电路部分中的温度的多个温度检测装置，根据从所述的多个温度检测装置中的至少一个温度检测装置的检测值来对压缩机的操作进行控制。
4.如权利要求3中所述的压缩机控制方法，其特征在于使用由温度检测装置检测出的温度的时间变化值来对压缩机的操作进行控制。
全文摘要
本发明将使用交流市电电源、进行变频器驱动的压缩机控制单元实现小型化，并且可以提高压缩机控制单元内部的部件可靠性。在本发明的压缩机控制单元中，压缩机控制单元(18)中设有由设在密封壳体(35)内的整流电路部分(36)、开关电路部分(37)和控制电路部分(38)构成的驱动电路部分；和用于至少检测多个电路部分中的温度的温度传感器(60、61、62、63)。使用多个温度传感器(60、61、62、63)中的至少一个温度传感器的检测值来对压缩机的操作进行控制。
文档编号F04C29/04GK1773114SQ20051012000
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月8日 优先权日2004年11月11日
发明者小川正则, 吉椿纪史 申请人:松下电器产业株式会社